CN110993694B - 自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管 - Google Patents
自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出的一种自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管，包括依次层叠的衬底、栅极及其介质层和二维薄膜，二维薄膜的上表面分别与第一电极和第二电极相接触；二维薄膜采用过渡金属硫族化合物通过干法、湿法转移方法或直接生长的方式经由图形化制得；第一电极采用具有致密自氧化特性的金属材料通过溅射或蒸发方式进行沉积制得；利用第一电极的致密自氧化特性在除该第一电极与二维薄膜相接触外的其余表面均形成自氧化层，以此实现第一电极和第二电极之间的隔离，并在第一电极和第二电极之间自氧化层下方的二维薄膜内形成亚10nm的沟道。本发明在不依赖于光刻机精度的前提下制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及场效应晶体管器件领域，尤其涉及一种自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管。
背景技术
摩尔定律发展一直推动着微电子技术不断的进步，晶体管特征尺寸不断下降，。然而晶体管特征尺寸不断下降至亚10nm以下节点时，传统硅基集成电路短沟道效应逐渐显现并开始制约着电路功能，传统硅基沟道晶体管需要通过复杂的工艺和昂贵的设备继续延续节点的发展。
传统的平面型场效应晶体管，利用掺杂等方式完成硅基底导电沟道的掺杂，以形成金属-氧化物-掺杂半导体的结构，通过金属端电压的施加以改变掺杂半导体的电导率。这种平面型场效应晶体管，具有与传统CMOS工艺兼容的特性，但随着导电沟道长度的不断下降，金属栅极对于硅基底导电通道的控制能力不断减弱，短沟道效应显现。目前，改善或解决短沟道效应的晶体管类型主要有以下三种：鳍式场效应晶体管、全耗尽的SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)场效应晶体管、环绕栅纳米线场效应晶体管。
鳍式场效应晶体管，将传统的平面型场效应晶体管的沟道由平面型转向立体型，使得栅极不仅能从顶部控制器件的导通与断开，也能从类似于鱼鳍的两侧控制器件的导通与断开。这种构型相比传统的平面型场效应晶体管，具有更强的栅极控制能力，可以明显改善短沟道效应，可大幅降低场效应晶体管的沟道长度，具有良好的工艺兼容性，但随着微电子技术的不断发展，10nm以下的场效应晶体管若使用此方式，则会出现设备成本代价过高等问题。
全耗尽的SOI场效应晶体管，利用氧化层将硅隔离开，使得在MOS结构中工作时，硅膜完全耗尽，不存在浮空的中性区，基本消除了浮空衬底带来的Kink效应，且由于在氧化层上的硅膜非常薄，栅极对于沟道的控制能力有了很大改善，也能较好的改善短沟道效应。但是，SOI器件的漏电流比较大，且会存在寄生的侧向双极型晶体管效应，制作较薄硅膜的SOI器件又面临成本问题。
环绕栅纳米线场效应晶体管解决短沟道效应方式类似于上述的鳍式场效应晶体管，此元件栅极围绕了整个导电沟道。根据应用的不同，环绕栅纳米线场效应晶体管可以分为2个或4个等效闸极。此类晶体管在复杂的栅极制造、纳米线和接触方面，存在许多障碍；并且，除硅材料外，还需要使用一些其他材料，如铟镓砷、锗纳米线等等，这些材料的出现都降低了于传统CMOS工艺的兼容性，大大提高了成本。
对于上述三种技术方案而言，都是体材料场效应晶体管在光刻机精度不断发展的过程中，优化结构以提升栅极对于导电沟道的控制力，以改善出现的短沟道效应。
此外，二维材料由于其本身原子层厚度，是天然良好的超薄体，能够有效的抑制短沟道效应。在近年来的研究过程中，二维材料多方面都具有优于传统硅基材料的特性，在成为下一代CMOS工艺中主流材料的候选材料中具有明显的优势。近年来，对于二维材料制备的晶体管进行了极广范围的基础性研究，然而，如何通过低成本、简易的方式制备亚10nm超窄沟道的二维薄膜场效应晶体管以验证其在10nm甚至更短沟道时具有较好的性能，仍然是目前研究的重点。
对于二维材料作为沟道的场效应晶体管而言，目前虽有通过碳纳米管作为栅极来降低二维材料有效沟道宽度的方式，但是碳纳米管的引入进一步降低了CMOS工艺兼容性，工艺也较为复杂。如何在简化工艺步骤的同时，不依赖光刻机精度来降低二维材料作为沟道的有效宽度，实现低成本、超窄沟道二维薄膜晶体管，从而验证二维材料在超窄沟道时良好的性能表现，成为了亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管；本发明首先通过机械剥离或者湿法转移的方式，将过渡金属硫族化合物薄膜转移到指定衬底及介质层上，图形化后，通过首先沉积具有致密自氧化特性的源极金属并进行氧化，金属外围会生成致密氧化物，而金属和过渡金属硫族化合物由于其特殊的接触而不生成氧化层，再次图形化后，沉积漏极金属(没有限制)，由于源极金属氧化物的存在，源漏电极不会短路，并且沟道间距是通过自氧化层厚度来定义的，从而实现亚10nm超窄沟道的二维薄膜场效应晶体管，能够解决超窄沟道时传统硅基场效应晶体管的短沟道问题，具有高的开关比，能够广泛应用在数字逻辑集成电路领域。自氧化方式以定义沟道长度，摆脱了其受限于光刻机精度的现状，能显著的降低成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出一种自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管，其特征在于，包括依次层叠的衬底、栅极及其介质层、和二维薄膜，所述二维薄膜的上表面分别与第一电极和第二电极相接触；所述二维薄膜采用过渡金属硫族化合物通过干法、湿法转移方法或直接生长的方式经由图形化制得；所述第一电极采用具有致密、自氧化特性的金属材料通过溅射或蒸发方式进行沉积制得；利用所述第一电极的致密自氧化特性在除该第一电极与所述二维薄膜相接触外的其余表面均形成自氧化层，通过该自氧化层实现所述第一电极和第二电极之间的隔离，在所述第一电极和第二电极之间自氧化层下方的二维薄膜内形成亚10nm的沟道。
本发明特点及有益效果：
本发明对于如何不依赖于光刻机精度而实现超窄沟道的二维薄膜场效应晶体管提出了一种全新的低成本、可大规模制备的解决方案。其原理是通过某些二维薄膜与某些具有自氧化特性的金属的界面处无法生成自氧化物，从而可以使该金属作为场效应晶体管的源漏中的一种，其在侧面生成的自氧化物可以作为源漏之间的隔离层，从而实现超窄沟道的晶体管。本发明能利用较少的工艺步骤、不依赖于光刻机精度而实现超窄沟道的二维薄膜场效应晶体管。此外，二维材料以其超薄的厚度，拥有突破现有硅基晶体管尺寸缩小的限制，维持摩尔定律进一步发展，能够应用于特征尺寸10nm以下的新芯片工艺。埋栅结构的应用，进一步控制栅极漏电，降低晶体管的工作电压。该器件的制备工艺与传统硅基工艺兼容，制备工艺简单宜实施、制备成本低，解决了传统硅基的短沟道效应，在更小尺寸、更大规模模拟电路及数字逻辑电路有广阔的应用前景和空间。
附图说明
图1是本发明实施例中铝自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管结构的主视图；
图2是本发明实施例二维薄膜场效应晶体管的制备方法流程图；
图3是本发明实施例二维薄膜场效应晶体管的开关性能曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管，其结构参见图1，，包括依次层叠的衬底111、栅极及其介质层、和二维薄膜103，二维薄膜103的上表面分别与第一电极104和第二电极106相接触；二维薄膜103采用过渡金属硫族化合物通过干法(如常规的机械剥离法)、湿法转移方法或经由图像化直接生长制得；第一电极104采用具有致密自氧化特性的金属材料(如铜、铝、镁、锌、铅等)通过溅射或热蒸发等方式进行沉积制得，利用第一电极104的致密自氧化特性在除该第一电极104与二维薄膜103相接触外的其余表面均形成自氧化层105，通过该自氧化层105实现第一电极104和第二电极106之间的隔离，在第一电极104和第二电极106之间自氧化层下方的二维薄膜103内形成亚10nm的沟道。
本发明实施例中各组成器件的具体实现方式及功能分别说明如下：
所述第一电极104及其表面所形成的自氧化层105为本发明的核心部分。第一电极104采用具有致密、自氧化特性的金属材料通过溅射或蒸发等方式进行沉积制成，例如铝、镁、锌、铅等，且在第一电极104与二维薄膜103相接触处不生成自氧化层105。对于本实施例而言，第一电极104为溅射的20nm的金属铝材料，通过第一电极材料在纯氧条件下自然氧化后生成自氧化层105，自氧化层105具有良好的致密性，可以作为第一电极104与第二电极106的隔离层，控制源、漏极之间的漏电流在10pA以下，从而完成场效应晶体管源、漏的隔离，同时限制二维薄膜有效沟道长度为自然氧化层的厚度，以达到不依赖于光刻机精度的超窄沟道。对于本实施例而言，自氧化层105为铝在纯氧条件下自然氧化的，具有致密特性的，约为5nm厚度的氧化铝材料。
所述二维薄膜103，其底部与栅极及其介质层相连接，顶部同时与第一电极104、自氧化层105和第二电极106相接触(如图1所示，自氧化层105位于第一电极104和第二电极106之间，作为两者的隔离层)，在第一电极104和第二电极106之间自氧化层105下方的二维薄膜103内形成场效应晶体管的沟道。二维薄膜103材料可选用具有半导体特性、且其与第一电极界面无法产生自氧化层的二维薄膜即可，厚度范围在0.33nm-50nm，对于本实施例而言，为具有较高载流子迁移率的5nm厚的二硫化钼。
所述第二电极106，通过第一电极104表面的自氧化层105与第一电极104形成隔离。构成该第二电极106的材料包括金属及其他导电非金属、掺杂半导体、柔性电极材料，非自氧化材料为宜，自氧化材料也能工作，但是可能进一步增加沟道长度。对于本实施例而言，为溅射的金属Pt。
所述衬底111，采用绝缘材料制成，本实施例选用硅衬底上热氧生长300nm SiO2后的晶圆，用于为整个晶体管提供物理支撑和电学隔离，在衬底111上表面与栅极及其介质层相连接；
所述栅极及其介质层用于传导本晶体管栅极的电压控制信号和形成电场，可采用埋栅结构或背栅结构实现。本实施例采用埋栅结构，由依次层叠的埋栅电极101和埋栅介质层102构成，通过图形化和淀积方法制得，埋栅电极101的下表面与衬底111上表面相接触，埋栅介质层102的上表面与二维薄膜103的下表面相接触；埋栅电极101用于传导本晶体管栅极的电压控制信号，制成埋栅电极101的材料包括金属及其他导电非金属、高掺杂p型和n型硅、锗半导体、柔性电极材料等，本实施例采用金属Pt；埋栅电极101的宽度为100nm～100um，厚度为10nm～50nm。本实施例的埋栅介质层102用于形成电场、并形成埋栅电极101和二维薄膜103内沟道间的隔离；制成埋栅介质层102的材料包括金属氧化物，二维绝缘体及柔性绝缘体，对于本实施例而言，为使用原子层淀积的15nm厚的氧化铪材料。
参见图3，是本发明自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管的制备流程图，具体制备流程如下：
S101：在衬底111上采用图形化和淀积方法制备埋栅电极101及埋栅介质层102，对于本实施例而言，使用掩模版曝光或电子束曝光工艺等相应的制作工艺完成埋栅电极101的制备，使用原子层淀积的方式完成埋栅介质层102的制备(对于背栅结构，是在高掺杂Si片上通过热氧方式生长SiO2获得)。
S202：采用干法(机械剥离法)、湿法转移方法将二维材料转移到埋栅介质层102上或是直接在埋栅介质层102上生长二维薄膜的方式，如果是湿法转移或是直接生长的二维薄膜需要经过图形化、刻蚀方法制备具有导电沟道的二维薄膜103，所述图形化的方式为：掩模版曝光或电子束曝光工艺等相应的制作工艺，所述刻蚀方法为等离子体干法刻蚀或化学反应腐蚀法。
S203：采用掩模版曝光或电子束曝光等图形化工艺，在二维薄膜103上制备第一电极104。
S204：在纯氧或含氧条件下将第一电极充分氧化，使其生成致密的自氧化层105。
S205：采用掩模版曝光或电子束曝光工艺等相应的制作工艺，在二维薄膜103、自氧化层105上制备第二电极106，如图2所示。
本发明实施例有效性验证：
为了验证本发明实施例的效果，将图1所示晶体管中的第一电极104通过导线与一个源漏信号输入装置的负极端连接，该源漏信号输入装置的正极端通过导线与第二电极106连接，在埋栅电极102内设置栅极电极引出端，制成埋栅电极引出端的材料包括金属及其他导电非金属，高掺杂p型和n型硅，锗半导体，柔性电极材料等，制成埋栅电极引出端的材料可以与埋栅电极101相同，也可以与埋栅电极101不同，此处采用金属Pt。该栅极电极引出端110通过一栅控信号输入装置接入第一电极104和源漏信号输入装置负极端的公共端。
参见图3，是本发明实施例中通过自氧化方式形成5nm沟道的二维薄膜场效应晶体管的开关特性图，为漏端电流随埋栅电压变化示意图。其中，漏极电流坐标轴301，栅极电压坐标轴302。
当漏端电压为10mV时，栅极电压扫描从-3V到3V时，其沟道电流传输曲线303可以得到，在沟道宽度为5nm的二维薄膜晶体管，其开关比可以达到103，并且埋栅结构的使用使得栅极扫描电压范围变小，栅极漏电低，器件性能好。不依赖于光刻机精度制备了超窄沟道的二维薄膜场效应晶体管，并较好的抑制了短沟道效应。
Claims (3)
1.一种利用自氧化方式制备亚10nm沟道的二维薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述二维薄膜场效应晶体管的开关比可达103，所述二维薄膜场效应晶体管包括依次层叠的衬底、栅极及其介质层、和二维薄膜，所述二维薄膜的上表面分别与第一电极和第二电极相接触，所述方法包括：
采用过渡金属硫族化合物通过干法、湿法转移方法或直接生长的方式经由图形化制得所述二维薄膜，其中，所述二维薄膜选用具有半导体特性，且其与第一电极下表面无法产生自氧化层的过渡金属硫族化合物，所述二维薄膜的厚度为0.33nm～50nm；
采用选自镁、锌或铅的金属材料通过溅射或蒸发方式进行沉积制得所述第一电极；
利用所述第一电极的致密自氧化特性在除该第一电极与所述二维薄膜相接触外的其余表面均形成自氧化层，且在所述第一电极与所述二维薄膜相接触处不生成所述自氧化层，通过该自氧化层实现所述第一电极和第二电极之间的隔离，以在所述第一电极和第二电极之间自氧化层下方的二维薄膜内形成亚10nm的沟道，
且所述二维薄膜的底部与所述栅极及其介质层相连接，所述二维薄膜的上表面还与所述第一电极侧面的自氧化层下方相接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述栅极及其介质层为埋栅结构或背栅结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二电极的材料选自金属、导电非金属、掺杂半导体或柔性电极材料。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN101425562A (zh) * | 2008-11-25 | 2009-05-06 | 中国科学院微电子研究所 | 一种纳米级沟道有机场效应晶体管及其制备方法 |
| CN105810751A (zh) * | 2015-01-19 | 2016-07-27 | 三星显示有限公司 | 薄膜晶体管基底和制造薄膜晶体管基底的方法 |
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